Luận án Nghiên cứu sử dụng phụ gia tăng khả năng dính bám đá-Nhựa cải thiện chất lượng bê tông nhựa ở Việt Nam - Vũ Ngọc Phương

MỞ ĐẦU.1

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ DÍNH BÁM ĐÁ-NHỰA, SUY GIẢM DÍNH

BÁM ĐÁ-NHỰA, CÁC GIẢI PHÁP CẢI THIỆN DÍNH BÁM ĐÁ- NHỰA VÀ

VAI TRÒ CỦA PHỤ GIA TĂNG DÍNH BÁM.7

1.1. Dính bám đá – nhựa .7

1.2. Suy giảm dính bám đá-nhựa - Bong tách.8

1.2.1. Nguyên nhân gây suy giảm liên kết đá-nhựa - Bong tách .8

1.2.2. Nhận dạng hư hỏng mặt đường BTN do bong tách.9

1.2.3. Cơ chế hình thành và phát triển bong tách (mechanisms of stripping).13

1.3. Các nhân tố ảnh hưởng đến khả năng dính bám đá-nhựa.15

1.3.1. Ảnh hưởng của nhựa đường .15

1.3.2. Ảnh hưởng của cốt liệu.17

1.3.3. Ảnh hưởng của thiết kế hỗn hợp BTN.21

1.3.4. Ảnh hưởng của thời tiết khi thi công lớp BTN.22

1.3.5. Ảnh hưởng của khí hậu môi trường.22

1.3.6. Ảnh hưởng của lưu lượng xe.22

1.4. Các giải pháp cải thiện dính bám đá-nhựa, giảm thiểu bong tách .22

1.5. Tính năng của một số loại phụ gia tăng dính bám đá – nhựa .23

1.5.1. Phụ gia vô cơ (dạng rắn).24

1.5.2. Phụ gia hóa học .26

1.5.3. Phụ gia nano organosilane [23].26

1.6. Cơ chế hoạt động của các loại phụ gia tăng dính bám đá – nhựa.27

1.6.1. Cơ chế hoạt động của vôi hydrat [39], [52] .28

1.6.2. Cơ chế hoạt động của Wetfix Be [22].29

1.6.3. Cơ chế hoạt động của Toughfix [56].30

1.6.4. Cơ chế hoạt động của Toughfix Hyper [57].31

1.6.5. Cơ chế hoạt động của Zycotherm (Z.T.) [33].32

1.6.6. Phân tích đặc thù của loại phụ gia Toughfix Hyper có khả năng cải thiện

dính bám đối với cả đá vôi và đá granite .33

1.7. Các phương pháp thí nghiệm kiểm tra đánh giá khả năng dính bám đá-nhựa

[28], [47], [58].34

1.8. Tình Hình nghiên cứu sử dụng phụ gia tăng dính bám trên thế giới .35

1.8.1. Hoa Kỳ .35iv

1.8.2. Châu Âu .37

1.8.3. Châu Á .39

1.9. Tình hình nghiên cứu sử dụng phụ gia tăng dính bám tại Việt Nam.40

1.9.1. Đánh giá một số công trình nghiên cứu, thử nghiệm điển hình liên quan đến

phụ gia tăng dính bám .40

1.9.2. Đánh giá các tiêu chuẩn kỹ thuật, phương pháp thử liên quan đến khả năng

dính bám đá-nhựa và phụ gia tăng dính bám.41

1.10. Kết luận và những nội dung cần giải quyết trong luận án .42

CHƯƠNG 2. NGHIÊN CỨU PHÂN TÍNH, ĐÁNH GIÁ, LỰA CHỌN PHƯƠNG

PHÁP THÍ NGHIỆM KIỂM TRA KHẢ NĂNG DÍNH BÁM ĐÁ-NHỰA PHÙ

HỢP VỚI ĐIỀU KIỆN VIỆT NAM .45

2.1. Phân tích các phương pháp thí nghiệm kiểm tra khả năng dính bám đá-nhựa

trên thế giới .45

2.1.1. Các phương pháp thí nghiệm với hỗn hợp đá-nhựa ở trạng thái rời.46

2.1.2. Các phương pháp thí nghiệm với hỗn hợp đá-nhựa đã đầm nén .51

2.1.3. Tình hình sử dụng các phương pháp thí nghiệm kiểm tra khả năng dính

bám đá-nhựa trên thế giới .60

2.2. Phân tích lựa chọn phương pháp thí nghiệm dính bám đá-nhựa phù hợp với

điều kiện Việt Nam .61

2.2.1. Lựa chọn các phương pháp thí nghiệm đưa vào phân tích .61

2.2.2. Phân tích lựa chọn phương pháp thí nghiệm với hỗn hợp đá-nhựa ở

trạng thái rời.63

2.2.3. Phân tích lựa chọn phương pháp thí nghiệm với hỗn hợp đá-nhựa ở

trạng thái đầm chặt.64

2.3. Phân tích lựa chọn giữa AASHTO T283 và ASTM D 4867 và hiệu chỉnh cho

phù hợp với điều kiện khí hậu Việt Nam .70

2.3.1. Phân tích lựa chọn giữa AASHTO T283 và ASTM D 4867.70

2.3.2. Phân tích loại bỏ việc bảo dưỡng mẫu với chu kỳ đóng băng/tanbăng

trong AASHTO T283 cho phù hợp với điều kiện khí hậu Việt Nam .71

2.4. Kết luận chương 2.72

CHƯƠNG 3. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM TRONG PHÒNG ĐÁNH GIÁ

HIỆU QUẢ CỦA MỘT SỐ LOẠI PHỤ GIA ĐANG SỬ DỤNG Ở VIỆT NAM .73

3.1. Nghiên cứu xác định hàm lượng phụ gia vôi hydrat tối ưu để xử lý trước bề

mặt đá dăm nhằm cải thiện khả năng dính bám đá-nhựa cho BTN.73

3.1.1. Mục đích nghiên cứu.73v

3.1.2. Tóm tắt trình tự tiến hành nghiên cứu thực nghiệm .74

3.1.3. Thiết kế thành phần hỗn hợp BTNC12.5 .74

3.1.4. Xử lý trước bề mặt đá dăm với vôi hydrat .76

3.1.5. Thí nghiệm đánh giá ảnh hưởng của nước đến hỗn hợp BTN đã đầm nén

 78

3.1.6. Thí nghiệm LVBX với BTNC12.5 có tỷ lệ tối ưu vôi hydrat xử lý trước

với đá dăm là 1.0% .84

3.1.7. Kết luận chung .85

3.2. Nghiên cứu xác định hiệu quả của Toughfix Hyper (TFH) và tỷ lệ TFH tối ưu

 .85

3.2.1. Mục đích nghiên cứu.85

3.2.2. Thí nghiệm với nhựa đường.86

3.2.3. Thiết kế thành phẫn BTNC12.5 .89

3.2.4. Thí nghiệm đánh giá ảnh hưởng của nước đến cường độ hỗn hợp BTN

đã đẩm nén.91

3.2.5. Thí nghiệm LVBX với BTNC12.5 có tỷ lệ TFH tối ưu 0.15%.98

3.2.6. Kết luận chung .100

3.3. Đánh giá hiệu quả của 6 phụ gia tăng dính bám đá – nhựa cho BTNC12.5 sử

dụng cốt liệu dính bám kém miền Trung .100

3.3.1. Mục đích nghiên cứu.100

3.3.2. Lựa chọn vật liệu .101

3.3.3. Thiết kế thành phần hỗn hợp BTNC12.5 .102

3.3.4. Thí nghiệm độ dính bám theo TCVN 7504:2005.103

3.3.5. Thí nghiệm đánh giá ảnh hưởng của nước đến cường độ hỗn hợp BTN

đã đẩm nén theo AASHTO T283*.104

3.3.6. Phân tích đánh giá hiệu quả của các phụ gia .107

3.4. Kết luận chương 3.108

CHƯƠNG 4. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM HIỆN TRƯỜNG ĐÁNH GIÁ

HIỆU QUẢ CỦA PHỤ GIA TĂNG DÍNH BÁM TRÊN MỘT SỐ ĐOẠN ĐƯỜNG

KHU VỰC MIỀN TRUNG .110

4.1. Khảo sát độ nhạy ẩm trên đoạn đường Km1249+200 - Km1249+300 thuộc

Dự án xây dựng mở rộng QL1 sau 3 năm khai thác .110

4.1.1. Mục đích nghiên cứu.110

4.1.2. Khảo sát lựa chọn đoạn đường nghiên cứu, khoan mẫu BTN.111vi

4.1.3. Đánh giá chất lượng mặt đường đoạn nghiên cứu tại thời điểm bắt đầu

khai thác . 112

4.1.4. Thí nghiệm xác định độ nhạy ẩm của BTN trên đoạn nghiên cứu .115

4.1.5. Phân tích đánh giá độ nhạy ẩm đã xác định trên đoạn đường nghiên cứu

 . 118

4.2. Thí nghiệm đánh giá hiệu quả của phụ gia ToughFix trong giai đoạn thi công

tại đoạn đường Km66+700- Km67+200, cao tốc Đà Nẵng-Quảng Ngãi .119

4.2.1. Mục đích nghiên cứu.119

4.2.2. Tóm tắt thông tin về đoạn nghiên cứu .119

4.2.3. Đánh giá hiệu quả của phụ gia Toughfix với BTNC12.5 tại trạm trộn

 .121

4.2.4. Đánh giá hiệu quả của Toughfix trong giai đoạn lu lèn BTNC12.5 .125

4.2.5. Kết luận về hiệu quả của phụ gia Toughfix cho BTNC12.5 trong giai

đoạn thi công trên đoạn Km66 +700 - Km67+200 .130

4.3. Kết luận chương 4.130

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.131

TÀI LIỆU THAM KHẢO.134

CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ .140

PHỤ LỤC 1. Thông tin về tính năng của các loại phụ gia (vôi hydrat, Wetfix Be,

Toughfix, Toughfix Hyper và Zycotherm)

PHỤ LỤC 2. Phương pháp đánh giá ảnh hưởng của nước đến hỗn hợp BTN đã đầm

nén (AASHTO T283*)

PHỤ LỤC 3. Kết quả thí nghiệm xác định hàm lượng vôi hydrat tối ưu

PHỤ LỤC 4. Kết quả thí nghiệm xác định hàm lượng Toughfix Hyper tối ưu

PHỤ LỤC 5. Kết quả thí nghiệm đánh giá hiệu quả của 6 loại phụ gia

PHỤ LỤC 6. Kết quả thí nghiệm hiện trườngvii

pdf153 trang | Chia sẻ: trungkhoi17 | Lượt xem: 440 | Lượt tải: 1download
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Luận án Nghiên cứu sử dụng phụ gia tăng khả năng dính bám đá-Nhựa cải thiện chất lượng bê tông nhựa ở Việt Nam - Vũ Ngọc Phương, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
ưa vào hỗn hợp đá-nhựa, nhựa đường sẽ bong ra (desorbed) khỏi bề mặt cốt liệu. Biết lượng nhựa đường có trong dung dịch sẽ tính được lượng nhựa đường bám trên bề mặt cốt liệu. Lượng nhựa đường lưu lại trên bề mặt cốt liệu này được gọi là hấp phụ. 10). Thí nghiệm năng lượng bề mặt (Surface energy Test) Trong những năm gần đây, các nhà nghiên cứu về công nghệ BTN đã thực hiện nghiên cứu về mối quan hệ giữa năng lượng tự do bề mặt và khả năng BTN bị hư hỏng do nước. Hầu hết các nghiên cứu về năng lượng bề mặt cho hỗn hợp hỗn đá- nhựa đã được tiến hành tại Đại học Texas A & M bởi các tác giả Elphingstone (1997), Cheng và cộng sự (2001, 2002). Liên kết do dính kết trong bản thân nội tại nhựa đường và do bám dính giữa nhựa đường và cốt liệu có liên quan đến năng lượng tự do của nhựa đường và của cốt liệu. Năng lượng tự do bề mặt của nhựa đường được xác định bằng thí nghiệm tấm Wilhelmy, trên cơ sở giá trị góc tiếp xúc động giữa nhựa đường và dung môi lỏng. Năng lượng tự do bề mặt của cốt liệu được đo bằng cách sử dụng một thiết bị hấp phụ vạn năng, phương pháp này được phát triển tại Đại học Texas A & M. Các nhà nghiên cứu tại Đại học Texas A & M đã chứng minh tính hiệu quả của khái niệm năng lượng bề mặt bằng cách sử dụng ba cốt liệu khác nhau (một loại đá granite và hai loại đá vôi) và hai loại nhựa đường (AAM và AAD) để thí nghiệm. Biến dạng 51 vĩnh cửu trên mẫu BTN có tương quan tốt với các giá trị năng lượng tự do bề mặt của nhựa đường và cốt liệu sử dụng trong nghiên cứu này ở trạng thái mẫu khô và ẩm. 11). Thí nghiệm kéo nhổ bằng khí nén (Pneumatic Pull-Off Test) Thí nghiệm này được phát triển bởi Youtcheff và Aurilio (1997) trên cơ sở cải tiến phương pháp thí nghiệm kéo nhổ ASTM D4561 (Pull off Strength of Coatings using Portable Adhesion Testers). Thí nghiệm này được xem là nhanh chóng và khả thi để đánh giá độ nhạy ẩm của nhựa đường. Tóm tắt phương pháp: Nhựa đường, có chứa 1.0% hạt thủy tinh (theo khối lượng), được trải lên một đĩa xốp, sau đó ép lên mặt một tấm kính. Các hạt thủy tinh được sử dụng để kiểm soát độ dày của màng nhựa đường (khoảng 200 micron), và không ảnh hưởng đến kết quả thí nghiệm. Nhiệt độ thí nghiệm là 25 °C, tốc độ kéo nhổ khoảng 66kPa/s. Xác định áp lực khí nén kéo nhổ cần thiết để đầu nhổ tách khỏi bề mặt mẫu thử. 2.1.2. Các phương pháp thí nghiệm với hỗn hợp đá-nhựa đã đầm nén Các phương pháp thí nghiệm điển hình thuộc nhóm này được thống kê tại bảng 2.2. Bảng 2. 2.Các phương pháp thí nghiệm trên mẫu hỗn hợp đá-nhựa đã đầm nén Phương pháp thí nghiệm Tiêu chuẩn, tài liệu tham chiếu 1. Nhạy ẩm hơi nước (Moisture vapor susceptibility) Tiêu chuẩn thí nghiệm California 307 (California Test 307, 1940) (Mỹ) 2. Nén mẫu ngâm nước (Immersion–compression) AASHTO T165, ASTM D1075, ASTM STP 252 (Goode, 1959) (Mỹ) 3. Tổn thất cường độ Marshall (Marshall immersion) Stuart (1986) (Mỹ), AASHTO T245 4. Đóng băng / tan băng Texas (Texas freeze/thaw pedestal) Kennedy và cộng sự (1982) (Mỹ) 5. Lún vệt bánh xe Hamburg (Hamburg wheel tracking - AASHTO T324, Tex-242-F (1993) (Mỹ) 6. Lún vệt bánh xe APA (Asphalt pavement analyzer- APA) AASHTO T340 (Mỹ) 7. Lottman nguyên gốc (Original Lottman indirect tension) NCHRP Report 246 (Lottman, 1982); Báo cáo nghiên cứu giao thông-TRR 515(1974) (Mỹ) 52 Phương pháp thí nghiệm Tiêu chuẩn, tài liệu tham chiếu 8. Lottman cải tiến (Modified Lottman indirect tension) AASHTO T 283, NCHRP Report 274 (Tunnicliff và Root, 1984), Tex 531-C (Mỹ) 9. Tunnicliff–Root ASTM D 4867, NCHRP Report 274 (Tunnicliff và Root 1984) (Mỹ) 1). Thí nghiệm độ nhạy ẩm hơi nước (Moisture Vapor Susceptibility) Thí nghiệm này được phát triển bởi Phòng giao thông California (Phương pháp Thử nghiệm California 307). Tóm tắt phương pháp: Đầm 2 mẫu BTN bằng máy đầm California. Với mẫu bảo dưỡng ẩm, gắn nắp nhôm vào các mặt của mẫu thử và dùng silicone hàn kín để ngăn ngừa sự mất mát độ ẩm. Bảo dưỡng mẫu ẩm bằng cách treo mẫu lơ lửng trên mặt nước của bể ổn nhiệt có nhiệt độ 60 độ C trong thời gian 75 giờ (gọi là mẫu ướt). Thí nghiệm nén trên thiết bị Hveem với mẫu khô và mẫu ướt. Tỷ số độ ổn định Hveem giữa mẫu ướt /mẫu khô sử dụng để đánh giá độ nhạy ẩm của BTN. 2). Thí nghiệm nén mẫu ngâm nước (Immersion-Compression Test) Thí nghiệm này được ban hành tại Mỹ vào giữa năm 1950, gồm AASHTO T165 và ASTM D1075. Đây là một trong những thí nghiệm đầu tiên liên quan đến độ nhạy ẩm của mẫu BTN đã đầm nén. Tóm tắt phương pháp: Chế tạo 02 tổ mẫu BTN đã đầm nén có đường kính 100 mm, bảo dưỡng mẫu: - Tổ mẫu 1 (mẫu khô): Bảo dưỡng mẫu trong trong môi trường không khí ở nhiệt độ 251oC trong khoảng thời gian 4 giờ. - Tổ mẫu 2 (mẫu ướt): Ngâm mẫu trong bể nước ổn nhiệt ở nhiệt độ 601oC trong khoảng thời gian 24 giờ. Sau đó chuyển mẫu sang một bể nước ổn nhiệt khác có nhiệt độ 25oC trong khoảng thời gian 2 giờ. Tiến hành thí nghiệm nén mẫu. Tỷ số giữa cường độ nén trung bình của mẫu ướt/mẫu khô biểu thị khả năng mất mát cường độ do ẩm. Thường quy định tỷ số này tối thiểu là 70%. 53 3). Thí nghiệm tổn thất cường độ Marshall (Marshall Immersion Test) - Thí nghiệm độ ổn định Marsahll còn lại Thí nghiệm được tiến hành theo AASHTO T245 (Xác định độ ổn định và độ dẻo của mẫu BTN bằng thiết bị Marshall). Tóm tắt phương pháp: Mẫu được đầm nén theo phương pháp Marshall, với độ rỗng dư thiết kế (thường khoảng 4%). Bảo dưỡng mẫu tại hai trạng thái: - Trạng thái 1 (mẫu “khô”): ngâm mẫu trong bồn nước ổn nhiệt ở nhiệt độ 60oC trong thời gian 40 phút. - Trạng thái 2 (mẫu “ướt”): ngâm mẫu trong bồn nước ổn nhiệt ở nhiệt độ 60oC trong thời gian 24 giờ. Tiến hành nén xác định độ ổn định Marshall với các tổ mẫu “ướt” và tổ mẫu “khô”. Tỷ số giữa độ ổn định Marshall của mẫu “ướt”/ mẫu “khô” được gọi là Tổn thất cường độ Marshall (hay được gọi là Độ ổn định Marshall còn lại theo TCVN8860-12:2011). 4). Thí nghiệm đóng băng / tan băng Texas (Texas Freeze/Thaw Pedestal Test) Thí nghiệm này được Kennedy và các cộng sự đề xuất (1982) trên cơ sở cải tiến phương pháp thí nghiệm nhạy ẩm của BTN được đề xuất bởi Plancher và cộng sự (1980) tại Viện nghiên cứu Phía Tây (WRI). Thí nghiệm được thiết kế để tối đa hoá ảnh hưởng của liên kết đá-nhựa và giảm thiểu các ảnh hưởng của các tính chất cơ học như cấp phối, độ chặt, và độ chèn móc giữa các hạt cốt liệu bằng cách sử dụng một cấp phối đồng kích cỡ (lọt qua cỡ sàng 0, 85mm và giữ lại trên sàng 0.50 mm). Tóm tắt phương pháp: Hỗn hợp đá-nhựa được trộn, ủ nóng trong lò sấy ở 150°C trong 2 giờ, và được trộn cho đồng đều trong mỗi giờ. Sau 2 giờ, hỗn hợp sẽ được lấy ra khỏi lò sấy và làm nguội đến nhiệt độ phòng. Sau đó hỗn hợp được gia nhiệt đến 150°C, và được đầm nén với tải trọng 28 kN trong 15 phút để tạo mẫu thử có đường kính 41 mm vào chiều cao 19 mm. Mẫu thử được bảo dưỡng tại nhiệt độ phòng trong 3 ngày, sau đó đặt mẫu thử vào bình nước cất để tiến hành thí nghiệm chu kỳ đóng băng/tan băng (15 giờ ở nhiệt độ -12°C, tiếp theo là 9 giờ ở nhiệt độ 49°C ứng với 54 mỗi chu kỳ). Sau mỗi chu kỳ, quan sát kiểm tra các vết nứt trên mặt mẫu. Số chu kỳ cần thiết để gây nứt trên mặt mẫu được gọi là thước đo độ nhạy cảm BTN với nước. Thí nghiệm này là có thể thấy được một số những hư hỏng chính như: - Mất liên kết giữa cốt liệu với nhựa đường (bong tách). - Đứt gãy (nứt) màng nhựa đường dính với các hạt cốt liệu (phá hoại do mất mát khả năng dính kết trong nội tại nhựa đường) 5). Thí nghiệm lún vệt bánh xe Hamburg (Hamburg Wheel-Tracking Device- HWTD) Thiết bị Hamburg (hình 2.1) được phát triển bởi Esso A.G. và được chế tạo bởi công ty Helmut-Wind, Inc., Hamburg, Đức (1998). Thiết bị này đo độ lún vệt bánh và hư hỏng của mẫu BTN do tác động của tải trọng, nhiệt độ cao và ảnh hưởng của nước. Tóm tắt phương pháp: Một bánh xe thép rộng 47 mm, được gia tải 705 N, di chuyển đi lại ở tốc độ tối đa 340 mm / giây tại giữa mẫu thử. Mẫu thử có kích thước rộng 260 mm, dài 320 mm và dày 40 mm được ngâm trong bể nước nóng (thường là 50ºC) khi thí nghiệm. Thí nghiệm được tiến hành với 20.000 lần gia tải hoặc đến khi chiều sâu hằn lún đạt được 20 mm. Kết quả thí nghiệm được chỉ ra là:  Biến dạng lún mẫu BTN sau 1.000 lần gia tải bánh xe (mm).  Độ dốc từ biến (Creep slope): Số lần gia tải bánh xe để tạo độ sâu hằn lún vệt bánh là 1mm.  Điểm bong màng nhựa (Stripping Infection Point) là giao điểm của hai tiếp tuyến của hai đường cong từ biến với đường cong bong màng nhựa vẽ trên đồ thị quan hệ Chiều sâu lún vệt bánh xe (mm) và Số lần tác dụng của tải trọng (hình 2.2). Việc xuất hiện điểm bong tách (nếu có) cho thấy liên kết dính bám đá-nhựa bị suy giảm đáng kể, màng nhựa bong khỏi cốt liệu. 55 Hình 2. 1. Thiết bị Hamburg Wheel-Tracking Hình 2. 2. Minh họa điểm bong màng nhựa 6). Thí nghiệm lún vệt bánh xe APA (Asphalt Pavement Analyzer -APA) Thí nghiệm APA thuộc loại thí nghiệm sử dụng bánh xe gia tải nhằm xác định độ lún vệt bánh, độ nhạy ẩm của mẫu BTN. Thí nghiệm APA kế thừa thí nghiệm chất tải bánh xe của bang Georgia (Georgia Loaded Wheel Tester-GLWT). Tương tự như thí nghiệm GLWT, thí nghiệm APA có thể thí nghiệm với mẫu hình trụ hoặc mẫu hình chữ nhật. Khi thí nghiệm, mẫu khô (không ngâm nước) hoặc mẫu ngâm nước được bánh xe thép gia tải qua lại thông qua ống cao su nén khí được đặt trên mặt mẫu. Dưới tác động của tải trọng lặp qua lại, mẫu sẽ bị hằn lún vệt bánh, sau đó bị nứt. Một trong 56 những khác biệt chính giữa APA và GLWT là APA có khả năng thí nghiệm với cả mẫu thử ngâm nước và cả mẫu thử không ngâm nước (trong không khí). 7). Thí nghiệm Lottman nguyên gốc (Original Lottman Test) Thí nghiệm này được Robert Lottman (1978) phát triển tại trường Đại học Idaho. Tóm tắt phương pháp: Tiến hành đầm ba tổ mẫu Marshall có đường kính 100 mm cao 63.5 mm. Sau đó mẫu được bảo dưỡng ở 3 trạng thái: - Tổ mẫu 1: Khô (không ngâm mẫu), nhóm đối chứng, - Tổ mẫu 2: Bão hòa nước bằng máy hút chân không trong 30 phút - Tổ mẫu 3: Bão hòa nước với chu kỳ đóng băng ở -18 ° C trong 15 giờ và sau đó được làm tan băng ở 60 ° C trong 24 giờ. Mẫu sau khi bảo dưỡng được thí nghiệm kéo gián tiếp khi ép chẻ với tốc độ tải 1,65 mm/ phút, tại nhiệt độ thí nghiệm là 13°C hoặc 23°C để xác định mô đun đàn hồi và cường độ kéo gián tiếp khi ép chẻ. Hư hại do ẩm được đánh giá qua tỷ số cường độ kéo gián tiếp khi ép chẻ TSR (Trung bình của cường độ kéo gián tiếp khi ép chẻ của mẫu bão hòa/trung bình cường độ kéo gián tiếp khi ép chẻ của mẫu khô), theo Lottman (1982), tỷ số TSR tối thiểu là 0.70. Mối quan hệ giữa cường độ kéo gián tiếp khi ép chẻ của mẫu đầm trong phòng với mẫu khoan lấy tại hiện trường được Lottman xác lập cho thấy có quan hệ tuyến tính. 8). Thí nghiệm Lottman cải tiến (Modified Lottman Test) -AASHTO T 283 Thí nghiệm này được ban hành tại AASHTO T 283 "Cường độ của hỗn hợp BTN đã đầm nén do tác động của nước” (Resistance of Compacted Bituminous Mixture to Moisture Induced Damage). Thí nghiệm này tương tự như thí nghiệm Lottman nguyên gốc, chỉ khác một số điểm sau: 1) Chỉ có 02 tổ mẫu: tổ mẫu 1: mẫu khô và tổ mẫu 2: mẫu bão hòa chân không với chu kỳ đóng băng/tan băng (loại bỏ tổ mẫu 2: bão hòa chân không); 2) Nhiệt độ thí nghiệm cường độ kéo khi ép chẻ là 25°C (loại bỏ thí nghiệm tại 13°C). Tóm tắt phương pháp thí nghiệm theo AASHTO T 283: Chuẩn bị ít nhất 06 mẫu BTN (từ hỗn hợp BTN đã được thiết kế trong phòng hoặc từ hỗn hợp BTN rời lấy tại hiện trường), đầm nén theo phương pháp Marshall 57 (D=100mm) (hoặc phương pháp Superpave, D=150mm) với độ rỗng dư 7.00.5%, hoặc 06 mẫu khoan BTN khoan trên mặt đương. Chia 06 mẫu thành 2 tổ mẫu, mỗi tổ mẫu gồm 3 mẫu: tổ mẫu “khô” và tổ mẫu “ướt” (bảo dưỡng mẫu bão hòa, đóng băng/tan băng) sao cho độ rỗng dư trung bình của hai nhóm mẫu này tương đương nhau. Việc bảo dưỡng mẫu khô và mẫu ướt được tiến hành như sau: 1) Tổ mẫu khô: - Lưu giữ mẫu trong bể nước ổn nhiệt có nhiệt độ 25oC trong 2 giờ. Sau đó lấy mẫu ra khỏi bể ổn nhiệt và thực hiện thí nghiệm xác định Cường độ chịu kéo khi ép chẻ. 2) Tổ mẫu ướt: bao gồm 2 bước: bão hòa chân không và chu kỳ đóng băng/tan băng: - Bão hòa chân không: đưa mẫu vào bình nước. Hút chân không cho tới khi đạt được áp suất chân không thích hợp và duy trì áp suất này trong khoảng thời gian thích hợp để mẫu đạt được độ bão hoà từ 70%-80%. Cho bình hút trở lại về áp suất bình thường, ngâm mẫu trong bình khoảng 5-10 phút (hình 2.3). - Chu kỳ đóng băng/tan băng: Bọc chặt mẫu đã bão hòa chân không trong tấm bọc nhựa, sau đó đặt vào túi nhựa có chứa nước và đóng kín túi lại. Đặt túi nhựa có mẫu vào trong tủ lạnh có nhiệt độ (–18)°C trong 16 giờ. Sau đó bỏ mẫu ra khỏi tủ lạnh. Hình 2. 3. Minh họa mẫu bão hòa chân không - Đặt mẫu vào trong bể nước ổn nhiệt tại 60 °C trong 24 giờ. Sau đó bỏ mẫu ra khỏi bể ổn nhiệt. Lưu giữ mẫu trong bể nước ổn nhiệt có nhiệt độ 25oC trong 2 giờ. Sau đó lấy mẫu ra khỏi bể ổn nhiệt và thực hiện thí nghiệm để xác định 58 cường độ chịu kéo khi ép chẻ. Lấy mẫu ra khỏi bể ổn nhiệt có nhiệt độ 250.5oC. Đặt mẫu vào vị trí thí nghiệm giữa 2 thanh gia tải. Cần chú ý để tải trọng tác dụng dọc theo phương đường kính của mẫu (hình 2.4). Cường độ kéo gián tiếp khi ép chẻ được tính theo công thức sau: TS = 2000.P Π.t.D (2-1) Trong đó: TS là cường độ kéo gián tiếp khi ép chẻ, kPa; P là lực lớn nhất gây phá hoại mẫu, N; t là chiều cao mẫu, mm; D là đường kính mẫu, mm; Tỷ số cường độ kéo gián tiếp khi ép chẻ (TSR) được xác định theo công thức sau: TSR = TSbh TSk 𝑥100% (2-2) TSk: là cường độ kéo gián tiếp khi ép chẻ trung bình của nhóm mẫu “khô”, kPa TSbh: là cường độ kéo gián tiếp khi ép chẻ trung bình của nhóm mẫu “ướt”, kPa a) Mô hình thí nghiệm b) Hình ảnh thí nghiệm Hình 2. 4. Mô hình thí nghiệm xác định cường độ chịu kéo khi ép chẻ Trường hợp đánh giá hiệu quả của phụ gia tăng dính bám thì chuẩn bị thêm ít nhất 06 mẫu BTN có phụ gia và chia thành 2 tổ mẫu khô và ướt, thí nghiệm xác định cường độ kéo gián tiếp khi ép chẻ của tổ mẫu “khô”, mẫu “ướt” theo trình tự nêu trên. Hiệu quả của phụ gia tăng dính bám đưa vào BTN sẽ được đánh giá qua so sánh kết quả thí nghiệm giữa các tổ mẫu “khô”, mẫu “ướt” có và không có phụ gia, cụ thể qua tỷ 59 số TSbh-có phụ gia/TSbh-không phụ gia, hoặc theo tỷ số TSR -có phụ gia/TSR - không phụ gia. Nhiều cơ quan quản lý đường bộ nước Mỹ quy định giá trị TSR tối thiểu là 0.80. Phương pháp thiết kế hỗn hợp BTN theo Superpave [19], Tiêu chuẩn thiết kế hỗn hợp BTN chặt của Ấn Độ [34] đã sử dụng AASHTO T 283 để đánh giá độ nhạy ẩm của BTN với quy định TSR tối thiểu là 80%. AASHTO T283 còn sử dụng để xác định mức độ suy giảm dính bám đá-nhựa theo thời gian khai thác. Trên mặt đường BTN, định kỳ khoan mẫu BTN ứng với các khoảng thời gian khác nhau và xác định TSR tương ứng. So sánh các giá trị TSR ứng với ứng với các khoảng thời gian khác nhau là cơ sở đánh giá khả năng suy giảm dính bám đá-nhựa theo thời gian khai thác. 9). Thí nghiệm Tunnicliff-Root- ASTM D 4867 Thí nghiệm này do Tunnicliff-Root phát triển và được ban hành tại ASTM D 4867 "Thí nghiệm đánh giá ảnh hưởng của nước đến hỗn hợp BTN mặt đường” (Effect of Moisture on Asphalt Concrete Paving Mixtures). Phương pháp thí nghiệm theo ASTM D 4867 có một số điểm giống và khác so với AASHTO T283, cụ thể như sau: 1) Giống với AASHTO T283: - Nguồn lấy BTN tạo mẫu: từ 3 nguồn, mẫu thiết kế trong phòng, mẫu rời tại hiện trường thi công; mẫu khoan tại mặt đường. - Số lượng mẫu thử: ít nhất 06 mẫu, 03 mẫu khô, 03 mẫu ướt. - Quy trình bảo dưỡng mẫu khô. - Quy trình xác định cường độ chịu kéo khi ép chẻ (TS), tỷ số cường độ chịu kéo khi ép chẻ (TSR), đánh giá hiệu quả của phụ gia tăng dính bám; xác định mức độ suy giảm dính bám đá-nhựa theo thời gian khai thác. 2) Khác với AASHTO T283: - Bảo dưỡng mẫu ướt được chia làm hai lựa chọn: 1) chỉ bảo dưỡng mẫu bão hòa chân không và 2) bảo dưỡng mẫu bão hòa chân không và sau đó bảo dưỡng mẫu với chu kỳ đóng băng/tan băng. 60 - Độ rỗng dư tạo mẫu thử là có dung sai cao hơn, 1% (7.01%) so với AASHTO T283 là 0.5% (7.00.5%). - Độ bão hòa mẫu có biên độ rộng hơn, 55%-80% so với AASHTO T283 (70%- 80%). Trình tự thí nghiệm theo ASTM D 4867 với trường hợp mẫu ướt bảo dưỡng mẫu bão hòa chân không và sau đó bảo dưỡng mẫu với chu kỳ đóng băng/tan băng tương tự như với AASHTO T283. Trình tự thí nghiệm theo ASTM D 4867 với trường hợp mẫu ướt bảo dưỡng mẫu bão hòa chân không được tóm tắt dưới đây: 1) Tổ mẫu khô: - Lưu giữ mẫu trong bể nước ổn nhiệt có nhiệt độ 25oC trong 2 giờ. Sau đó lấy mẫu ra khỏi bể ổn nhiệt và thực hiện thí nghiệm xác định Cường độ chịu kéo khi ép chẻ. 2) Tổ mẫu ướt: (chỉ bảo dưỡng bão hòa chân không) - Bão hòa chân không: đưa mẫu vào bình nước. Hút chân không cho tới khi đạt được áp suất chân không thích hợp và duy trì áp suất này trong khoảng thời gian thích hợp để mẫu đạt được độ bão hoà từ 55%-80%. Cho bình hút trở lại về áp suất bình thường, ngâm mẫu trong bình khoảng 5-10 phút. - Đặt mẫu vào trong bể nước ổn nhiệt tại 60 °C trong 24 giờ. Sau đó bỏ mẫu ra khỏi bể ổn nhiệt. Lưu giữ mẫu trong bể nước ổn nhiệt có nhiệt độ 25oC trong 2 giờ. Sau đó lấy mẫu ra khỏi bể ổn nhiệt và thực hiện thí nghiệm để xác định Cường độ kéo gián tiếp khi ép chẻ. ASTM D 4867 quy định TSR tối thiểu từ 0.70 đến 0.80, giá trị TSR cụ thể theo quy định của từng cơ quan quản lý đường bộ Mỹ. 2.1.3. Tình hình sử dụng các phương pháp thí nghiệm kiểm tra khả năng dính bám đá-nhựa trên thế giới Điểm qua những phương pháp thí nghiệm điển hình được nghiên cứu và công bố trên thế giới (bảng 2.1 và bảng 2.2) cho thấy Hoa kỳ là nước đi đầu trong nghiên cứu phát triển phương pháp thí nghiệm bong tách, sau đó là một vài nước châu Âu. Với 11 61 phương pháp thí nghiệm trên mẫu hỗn hợp đá-nhựa rời, có 8 phương pháp do Hoa kỳ công bố, có 1 của Pháp, 1 của Anh và 1 của Thụy điển. Với 9 phương pháp thí nghiệm trên mẫu hỗn hợp đá-nhựa đã đầm nén thì hầu như đều do Mỹ công bố. Mặc dù có nhiều phương pháp thí nghiệm bong tách được công bố (bảng 2.1 và bảng 2.2), tuy nhiên chỉ có 4 phương pháp thí nghiệm được AASHTO, ASTM công bố và được sử dụng phổ biến tại nhiều nước trên thế giới cũng như tại Hoa Kỳ, cụ thể như sau: 1. AASHTO T 283 (hoặc ASTM D 4867): Ảnh hưởng của nước đến hỗn hợp BTN đã đầm nén. 2. ASTM D3625: Ảnh hưởng của nước trên mẫu đá bọc nhựa bằng phương pháp nước sôi. 3. AASHTO T324: Hằn lún vệt bánh xe bằng thiết bị Hamburg (hoặc AASHTO T340- Hằn lún vệt bánh xe bằng thiết bị APA). 4. AASHTO T245: Độ ổn định Marshall còn lại. Những phương pháp thí nghiệm được công bố trong thời gian qua (bảng 2.1 và bảng 2.2) đã đóng góp đáng kể cho việc kiểm tra khả năng dính bám đá-nhựa, đánh giá hiệu quả của phụ gia tăng dính bám, tuy nhiên vẫn chưa giải quyết được một cách đầy đủ ảnh hưởng của tương tác giữa lưu lượng xe lưu thông và tác động của nước gây ra hư hỏng trên mặt đường BTN. Vì vậy, tại Hoa Kỳ, nhiều chương trình nghiên cứu về phát triển phương pháp thí nghiệm mới về dính bám đá-nhựa, nhạy ẩm vẫn tiếp tục được triển khai nhằm mô phỏng một cách phù hợp nhất các yếu tố môi trường/giao thông liên quan đến hư hỏng BTN do nước [47], [60]. 2.2. Phân tích lựa chọn phương pháp thí nghiệm dính bám đá-nhựa phù hợp với điều kiện Việt Nam 2.2.1. Lựa chọn các phương pháp thí nghiệm đưa vào phân tích Tại Việt Nam, có 4 phương pháp thí nghiệm kiểm tra độ dính bám đá-nhựa được đưa vào sử dụng (bảng 2.3). Trên thế giới, có 4 phương pháp thí nghiệm kiểm tra độ dính bám đá-nhựa theo AASHTO hoặc ASTM được sử dụng khá phổ biến (bảng 2.3). Vì vậy việc phân tích 8 phương pháp này để lựa chọn ra phương pháp thí nghiệm phù 62 hợp nhất với điều kiện Việt Nam là cần thiết. Tóm tắt nguyên lý, trình tự thí nghiệm của các phương pháp này đã nêu tại mục 2.1. Các phương pháp thí nghiệm dính bám đá-nhựa nêu tại bảng 2.3 có đặc thù sau: 1) TCVN 8860-12:2011 tương đương với AASHTO T3265 (do sử dụng AASHTO T3265 để biên soạn). 2) QĐ 1617–Phương pháp A tương đương với AASHTO T324 (do sử dụng AASHTO T324 để biên soạn). 3) AASHTO T 283 đã được đưa vào áp dụng tại Việt Nam cho Lớp phủ siêu mỏng tạo nhám (LPSMTN) theo QĐ 3287 [7] , tuy nhiên hầu như chưa được triển khai trong thực tế do QĐ 3287 mới được ký ban hành ngày 29/10/2018. 4) Trong số 8 phương pháp thí nghiệm dính bám đá-nhựa nêu trên, có 2 phương pháp thí nghiệm với hỗn hợp đá-nhựa ở trạng thái rời (là TCVN 7504:2005 và ASTM D3625), 6 phương pháp còn lại là các phương pháp thí nghiệm với hỗn hợp đá-nhựa ở trạng đầm chặt. Bảng 2. 3. Các phương pháp thí nghiệm dính bám đá-nhựa phổ biến trên thế giới và tại Việt Nam Trên thế giới Tại Việt Nam AASHTO T 283 (hoặc ASTM D 4867): Ảnh hưởng của nước đến hỗn hợp BTN đã đầm nén. AASHTO T 283, áp dụng cho Lớp phủ siêu mỏng tạo nhám (LPSMTN) theo QĐ3287 ASTM D3625: Ảnh hưởng của nước trên mẫu đá bọc nhựa bằng phương pháp nước sôi. TCVN 7504:2005. Bitum-Phương pháp xác định độ dính bám với đá AASHTO T245: Độ ổn định Marshall còn lại TCVN 8860-12:2011. Bê tông nhựa - Phương pháp thử -Phần 12: Xác định độ ổn định còn lại của bê tông nhựa. AASHTO T324: Hằn lún vệt bánh xe bằng thiết bị Hamburg (hoặc AASHTO T340- Hằn lún vệt bánh xe bằng thiết bị APA). QĐ1617. Quy định kỹ thuật về phương pháp thử độ sâu hằn lún vệt bánh xe của bê tông nhựa xác định bằng thiết bị Wheel tracking-Phương pháp A. Nhóm phương pháp thí nghiệm với hỗn hợp đá-nhựa ở trạng thái rời và nhóm phương pháp thí nghiệm với hỗn hợp đá-nhựa ở trạng đầm chặt có những ưu điểm và hạn chế 63 đặc thù (đã phân tích tại Chương 1, mục 1.7) nên nhiều nước thường sử dụng đồng thời cả hai phương pháp thuộc hai nhóm này. Vì vậy việc lựa chọn cả phương pháp thí nghiệm với hỗn hợp đá-nhựa ở trạng thái rời và pháp thí nghiệm với hỗn hợp đá- nhựa ở trạng đầm chặt cho Việt Nam là hợp lý. 2.2.2. Phân tích lựa chọn phương pháp thí nghiệm với hỗn hợp đá-nhựa ở trạng thái rời ASTM D3625 (Ảnh hưởng của nước trên mẫu đá bọc nhựa bằng phương pháp nước sôi) và TCVN 7504:2005 (Bitum-Phương pháp xác định độ dính bám với đá) có những đặc thù sau: 1) Về bản chất, việc thí nghiệm đánh giá khả năng dính bám (bong tách) theo TCVN 7504:2005 và theo ASTM D3625 là như nhau, mẫu cốt liệu đã bọc nhựa đường được đưa vào bình nước đun sôi trong thời gian 10 phút, quan sát để xác định mức độ bong màng nhựa ra khỏi cốt liệu để đánh giá khả năng bong tách. 2) Sự khác nhau chủ yếu của hai phương pháp này là: TCVN 7504:2005 quy định mẫu thử là cốt liệu thô (đá dăm) có kích cỡ 40-60mm, trong khi ASTM D3625 quy định mẫu thử là cấp phối cốt liệu (bao gồm cả cốt liệu thô và cốt liệu mịn) đang sử dụng để chế tạo BTN. 3) Ưu điểm của ASTM D3625 là sử dụng hỗn hợp cốt liệu cho BTN, bao gồm cả cốt liệu thô (đá dăm) và cốt liệu mịn (cát) nên đánh giá được cả cốt liệu thô và cốt liệu mịn. Tuy nhiên hạn chế chủ yếu của ASTM D3625 là rất khó quan sát mức độ bong tách do cốt liệu có nhiều kích cỡ, và việc đánh giá khả năng dính bám của nhựa đường với cốt liệu chỉ phân thành hai mức, đạt (khi diện tích màng nhựa bọc đá lớn hơn hoặc bằng 95%) và không đạt (khi diện tích màng nhựa bọc đá nhỏ hơn 95%). 4) Ưu điểm của TCVN 7504:2005 là việc quan sát đánh giá mức độ bong tách màng nhựa rất dễ dàng do sử dụng mẫu thử là đá dăm có kích cỡ 40-60mm được bọc nhựa nên. Độ dính bám với đá được phân thành 5 cấp, từ cấp dính bám cao nhất là cấp 5 và dính bám kém nhất là cấp 1, theo quy định của TCVN 8819:2011 thì đá dăm cho BTN phải tối thiểu đạt độ dính bám cấp 3. Việc phân thành nhiều cấp độ dính bám giúp cho việc dễ dàng so sánh chất lượng cửa đá dăm theo cấp độ dính bám, lựa chọn 64 chất lượng đá dăm tốt hơn, ví dụ quy định đá dăm phải có độ dính bám cấp 4 hoặc cấp 5. 5) Ưu điểm của TCVN 7504:2005 còn là các phòng thí nghiệm trong nước rất quen thuộc và có kinh nghiệm thực hiện thí nghiệm này do đã được sử dụng rất phổ biến tại Việt Nam từ những năm 1990 đến nay. Những công bố về hiệu quả của phụ gia tăng dính bám đá-nhựa cũng như về chất lượng dính bám của đá dăm phục vụ cho các dự án mặt đường BTN trong nước nhiều năm qua đều dựa trên kết quả thí nghiệm theo TCVN 7504:2005. Đề xuất: qua phân tích trên, đề xuất sử dụng TCVN 7504: 2005 (Bitum-Phương pháp xác định độ dính bám với đá) để nghiên cứu thực nghiệm đánh giá chất lượng đá dăm theo chỉ tiêu độ dính bám cũng như đánh giá hiệu quả của phụ gia tăng dính bám trong giai đoạn thiết kế thành phần BTN. 2.2.3. Phân tích lựa chọn phương

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • pdfluan_an_nghien_cuu_su_dung_phu_gia_tang_kha_nang_dinh_bam_da.pdf
Tài liệu liên quan